DE102008015137A1

DE102008015137A1 - Vorrichtung und Verfahen zum Betätigen mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008015137A1
Application number: DE102008015137A
Authority: DE
Inventors: Richard Clos
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2009-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem sich bewegenden, das Gaswechselventil direkt oder indirekt beaufschlagenden Nocken, wobei der Nocken (22) ein von einem Schwingantrieb (25) entlang einer Hin- und Herbewegung bewegter Schwingnocken (24) ist und wobei zur Zwangssteuerung des Gaswechselventils (2) ein Bereich der Umfangskontur des Schwingnockens (24) das Gaswechselventil (2) öffnet und ein anderer Bereich der Umfangskontur das Gaswechselventil (2) schließt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betätigen mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem sich bewegenden, das Gaswechselventil direkt oder indirekt beaufschlagenden Nocken, wobei der Nocken entlang einer Hin- und Herbewegung als Schwingnocken bewegt wird und wobei zum Zwangssteuern des Gaswechselventils mit einem Bereich der Umfangskontur des Schwingnockens das Gaswechselventil geöffnet und mit einem anderen Bereich der Umfangskontur das Gaswechselventil geschlossen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem sich bewegenden, das Gaswechselventil direkt oder indirekt beaufschlagenden Nocken.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betätigen mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem sich bewegenden, das Gaswechselventil direkt oder indirekt beaufschlagenden Nocken.
Stand der Technik
Vorrichtungen und Verfahren zum Betätigen mindestens eines Gaswechselventils sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei erfolgt das Öffnen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine durch einen Nocken einer Nockenwelle, die zum Beispiel über einen Zahnriemen von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird, wobei die Nockenwelle um ihre Drehachse in eine Richtung rotiert. Der Nocken wirkt dabei direkt oder indirekt, zum Beispiel über einen Stößel, oder einen Schwing- oder Schlepphebel, auf das Gaswechselventil. Der Nocken ist dabei derart geformt und auf der Nockenwelle angeordnet, dass er zum richtigen Zeitpunkt das Gaswechselventil der Brennkraftmaschine öffnet und schließt. Die Kontur des Nockens bestimmt dabei die den Verlauf des Ventilhubs beziehungsweise die sogenannte Ventilhubkurve. Diese beschreibt den Öffnungswinkel beziehungsweise die Öffnungszeit des Gaswechselventils und den Bewegungsablauf während des Öffnungs- und Schließvorgangs. Durch die direkte Abhängigkeit der Drehzahl der Nockenwelle von der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist es nur unter hohem konstruktiven Aufwand möglich, den Ventilhub und/oder den Bewegungsablauf des Gaswechselventils im Betrieb zu variieren. Bei modernen Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, ist jedoch die variable Einstellung der Ventilhubkurve von Gaswechselventilen von hohem Interesse. Durch eine entsprechende Einstellung beziehungsweise Umstellung im Betrieb ist es beispielsweise möglich, den Kraftstoffverbrauch erheblich zu verringern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betätigen mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das auf einfache und kostengünstige Art und Weise ein von einer Brennkraftmaschinendrehzahl unabhängiges und variables Betätigen des Gaswechselventils ermöglicht.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Nocken ein von einem Schwingantrieb entlang einer Hin- und Herbewegung bewegter Schwingnocken ist, wobei zur Zwangssteuerung des Gaswechselventil ein Bereich der Umfangskontur des Schwingnockens das Gaswechselventil öffnet und ein anderer Bereich der Umfangskontur das Gaswechselventil schließt. Wobei der Schwingnocken das Gaswechselventil direkt oder indirekt betätigen, also direkt oder indirekt öffnen oder schließen kann. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Nocken bewegt sich der Schwingnocken nicht rotatorisch um eine Drehachse, sondern schwingt in einer Hin- und Herbewegung zunächst in die eine und dann in die andere Richtung. Sind mehrere Nocken und/oder Gaswechselventile vorgesehen, so entfällt die herkömmliche Nockenwelle sowie ihr Antrieb durch die Kurbelwelle. Durch den Schwingnocken ist es dabei möglich die gleiche Ventilhubkurve wie bei einem gewöhnlichen Ventiltrieb zu erhalten. Durch die Schwingbewegung des Schwingnockens und die Unabhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist es weiterhin auf einfache Art und Weise möglich, die Öffnungsdauer des Gaswechselventils zu variieren. Dazu muss lediglich die Rastzeit im Umkehrpunkt des Schwingnockens, also beim Bewegungsrichtungswechsel, verstellt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schwingnockens wird das Gaswechselventil also kinematisch zwangsgeführt, so dass eine Desmodromik realisiert ist. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer Schließfeder für das Gaswechselventil, so dass, unter anderem, die notwendigen Kräfte zum Betätigen des Gaswechselventils, im Vergleich zu üblichen Brennkraftmaschinen, geringer ausfallen.
Vorteilhafterweise ist der Schwingantrieb ein hydraulischer, elektromagnetischer, piezoelektrischer und/oder mechanischer Schwingantrieb. Bei einem hydraulischen Schwingantrieb ist dieser als hydraulischer Schwenkmotor in dem Schwingnocken integriert oder mit mindestens einem Hydraulikkolben am Schwingnocken als Wippe angreifend ausgebildet.
Zweckmäßigerweise bildet zumindest ein Abschnitt der Umfangskontur des Schwingnockens einen Teil des hydraulischen Schwingantriebs, insbesondere eines hydraulischen Schwenkmotors. Das bedeutet, dass der Schwingnocken selbst einen Teil des hydraulischen Schwingantriebs bildet. So weist der Schwingnocken hierzu beispielsweise mindestens eine entsprechende Aussparung und/oder Erhebung auf, die mit einem Hydrauliksystem zum Bewegen des Schwingnockens zusammenwirkt. Vorteilhafterweise ist in dem Abschnitt der Umfangskontur des Schwingnockens eine Hydraulikkammer, bevorzugt eine in den Schwingnocken integriert Hydraulikkammer, für die Öffnungsbewegung und/oder für die Schließbewegung des Schwingnockens vorgesehen, in der der für die Bewegung notwendige Druck aufgebaut werden kann. Alternativ weist der Schwingnocken jeweils eine Hydraulikkammer, bevorzugt in den Schwingnocken integriert, für die Hin- und die Herbewegung auf. Für eine Elektromagnetischen, Piezoelektrischen und/oder mechanischen Schwingantrieb sind entsprechend vorteilhaft eine einseitige, also in nur eine Richtung wirkende/steuerbare aktive Komponente, oder bevorzugt eine zweiseitige beziehungsweise zwei einseitige, entgegengesetzt wirkende/steuerbare aktive Komponenten vorgesehen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Schwingweite und/oder die Schwinggeschwindigkeit des Schwingnockens in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder einem Fahrerwunsch einstellbar. Dadurch ist es möglich die Ventilhubkurve des Gaswechselventils, also den Öffnungswinkel beziehungsweise die Öffnungszeit/Öffnungsdauer und die Öffnung- und Schließzeitpunkte eines Gaswechselventils sowie die Phasenlagen von mehreren, mit der Erfindung entsprechenden Vorrichtungen betätigbaren Gaswechselventilen zueinander völlig frei zu variieren. Befindet sich die Brennkraftmaschine beispielsweise in einem Teillastbetrieb, so kann der Schwingantrieb derart gesteuert werden, dass eines oder mehrere Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern nicht geöffnet werden, wodurch eine Zylinderabschaltung realisiert wird. Auch ist es denkbar, in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine eine Mehrfachöffnung eines Gaswechselventils innerhalb eines Kolbenhubes erfolgen zu lassen. Befindet sich die Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb, so werden die Ventile beispielsweise nur teilweise und/oder für eine kürzere Öffnungszeit geöffnet, wohingegen im Volllastbetrieb der Schwingantrieb den Schwingnocken in vorteilhafter Weise so bewegt, dass das Gaswechselventil beziehungsweise die Gaswechselventile besonders schnell Öffnen und Schließen, wodurch eine vorteilhafte Füllung eines Zylinders ermöglicht wird. Befindet sich die Brennkraftmaschine beispielsweise im Warmlaufbetrieb, werden die Schwingweite und/oder die Schwinggeschwindigkeit vorteilhafter Weise derart eingestellt, dass die Brennkraftmaschine möglichst schnell ihre Betriebstemperatur erreicht. Weiterhin ist es vorteilhaft die Schwingweite und/oder die Schwinggeschwindigkeit des Schwingnockens in bestimmten Betriebszuständen derart einzustellen, dass eine Motorbremse, eine interne Abgasrückführung und/oder eine Dekompression eines Gasgemischs in einem oder mehreren Zylinder erfolgt. Ein Fahrerwunsch kann neben einem Wunschantriebsdrehmoment, welches der Fahrer beispielsweise über ein Fahrpedal vorgibt und welches zu einem der genannten Betriebszustände führen kann, auch ein Betriebsartenwunsch sein, wie zum Beispiel der Wunsch nach einer sportlichen/dynamischen oder kraftstoffsparenden Betriebsart der Brennkraftmaschine, so dass der/die Schwingnocken entsprechend gesteuert wird/werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung einen vom Schwingnocken betätigbaren, auf das Gaswechselventil wirkenden Öffnungshebel auf, wodurch ein indirektes Betätigen beziehungsweise Öffnen des Gaswechselventils erfolgt. Vorteilhafterweise ist der Öffnungshebel als Schwing- oder Schlepphebel ausgebildet. Bevorzugt ist der Öffnungshebel weiterhin als Gleit- oder besonders bevorzugt als Rollenkontakthebel ausgebildet, um Reibverluste zu minimieren. Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung weiterhin ein das Gaswechselventil in eine Schließstellung bewegendes Federelement auf. Vorteilhafterweise ist dieses Federelement als eine Ventilfeder ausgebildet. Der Schwingnocken betätigt hierbei das Gaswechselventil direkt oder indirekt, zum Beispiel über vorteilhaften Rollenkontakt-Schlepphebel, gegen die Federkraft des Federelements, welche dafür sorgt, dass beim Zurückschwingen des Schwingnockens in seine Ausgangsposition das Gaswechselventil der Kontur des Schwingnockens folgt und in seinen Ventilsitz gedrückt wird. Das Federelement wirkt hierbei unterstützend zu dem Schwingantrieb.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung einen vom Schwingnocken betätigbaren, auf das Gaswechselventil wirkenden Schließhebel auf, so dass der Schwinghebel nicht direkt auf das Gaswechselventil wirkt. In diesem Fall beaufschlagt beziehungsweise schließt der Schwingnocken das Gaswechselventil also indirekt. Durch die vorteilhafte Ausbildung als desmodromischer Ventiltrieb, der eine Zwangsführung des Gaswechselventils ermöglicht, muss zum einen das Gaswechselventil zum Öffnen nicht gegen die Federkraft bewegt werden, und zum Anderen folgt das Gaswechselventil stets exakt der Kontur des Schwingnockens. Durch die Zwangssteuerung wird bei hohen Schwinggeschwindigkeiten ein Abheben des Gaswechselventils (direkt oder indirekt) vom Schwingnocken aufgrund seiner Massenträgheit und ein Aufschlagen auf den Ventilsitz ausgeschlossen. Dies hat Vorteile in Bezug auf die Geräuschentwicklung und Haltbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise eines Ventiltriebs, sowie auf eine genau einstellbare Ventilhubkurve des Gaswechselventils. Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung darüber hinaus mindestens ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement (HVA) auf, welches ein vorhandenes und/oder im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretendes Ventilspiel ausgleicht. Bevorzugt ist der Schließhebel als Gleit- oder besonders bevorzugt als Rollenkontakthebel ausgebildet, um Reibverluste zuminimieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass der Nocken von einem Schwingantrieb entlang einer Hin- und Herbewegung als Schwingnocken bewegt wird, wobei zum Zwangssteuern des Gaswechselventils mit einem Bereich der Umfangskontur des Schwingnockens das Gaswechselventil (direkt oder indirekt) geöffnet und mit einem anderen Bereich der Umfangskontur das Gaswechselventil (direkt oder indirekt) geschlossen wird. Das Gaswechselventil wird also durch den Schwingnocken zwangsgesteuert beziehungsweise geführt.
Vorteilhafterweise wird der Schwingnocken hydraulisch, elektromagnetisch, piezoelektrisch oder mechanisch bewegt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Schwingweite und/oder die Schwinggeschwindigkeit des Schwingnockens in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder einem Fahrerwunsch eingestellt wird. Somit kann der Gaswechsel der Brennkraftmaschine besonders effizient erfolgen.
Schließlich ist vorgesehen, dass die Öffnungsdauer, der Ventilhub und/oder die Phasenlage des Gaswechselventils, insbesondere zu Arbeitstakten der Brennkraftmaschine, kontinuierlich verändert wird. Mit anderen Worten wird bevorzugt die Schwingweite, die Schwinggeschwindigkeit und/oder der zeitliche Verlauf der Schwingbewegung des Schwingnockens kontinuierlich beziehungsweise stufenlos verändert, so dass eine (voll-)variable Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine erfolgen kann.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden. Dazu zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen hydraulischen Schwingantrieb,
3 eine Ventilhubkurve eines Gaswechselventils,
4 eine Schaltfolge für den in der 2 dargestellten hydraulischen Schwingantrieb und
5 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen hydraulischen Schwingantrieb.
Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Betätigen eines Gaswechselventils 2 einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das Gaswechselventil 2 weist an einem Ende einen Ventilteller 3 auf, der mit einer Ventilsitzfläche 4 einen Flächenkontakt beziehungsweise eine Dichtung bildend in einem Ventilsitz 5 sitzt. Das Gaswechselventil 2 wird dabei in einem hier nicht näher dargestellten Gehäuse geführt. An seinem dem Ventilteller 3 gegenüberliegenden Ende 6 ist ein Ventilfederteller 7 fest mit dem Gaswechselventil 2 verbunden.
Weiterhin weist die Vorrichtung 1 einen Rollen-Schlepphebel 8 auf, der auf einer Seite auf einem hydraulischen Ventilspielausgleichselement 9 gelagert ist und mit seinem anderen Ende 10 auf der Stirnseite des Endes 6 des Gaswechselventils 2 aufliegt. Der Rollenschlepphebel 8 ist hierbei als Öffnungshebel 11 ausgebildet.
Weiterhin weist die Vorrichtung 1 einen Rollenkipphebel 12 auf, der um eine Achse 13 wippend gelagert ist, wobei er mit seinem einen Ende 14 auf der Unterseite 15 des Ventilfedertellers 7 aufliegt und an seinem anderen Ende 16 eine Rolle 18 aufweist, die um eine parallel zur Drehachse 13 liegende Drehachse 17 drehbar ist. Der Rollenkipphebel 12 ist hierbei als Schließhebel 19 ausgebildet. In dem Rollenschlepphebel 8 beziehungsweise Öffnungshebel 11 ist in etwa mittig um eine Drehachse 20, die parallel zur Drehachse 13 angeordnet ist, ebenfalls eine Rolle 21 zum minimieren von Reibverlusten gelagert.
Mit den Rollen 18 und 21 steht ein Nocken 22, der um eine Achse 23 drehbar gelagert ist, in Berührungskontakt. Der Nocken 22 ist dabei als Schwingnocken 24 ausgebildet, wobei er von einem Schwingantrieb 25 entlang einer Hin- und Herbewegung bewegt werden kann. Auf den Schwingantrieb 25 wird später näher eingegangen.
Der Schwingnocken 24 weist einen ersten Grundkreisradius 26 und einen zweiten, größeren Grundkreisradius 27 auf, wobei zwischen den Grundkreisradien 26 und 27 jeweils eine sogenannte Rampe 28 beziehungsweise 29 vorgesehen ist. Die durch die Grundkreisradien 26 und 27 und die Rampen 28 und 29 gebildete Umfangskontur beziehungsweise Außenkontur des Schwingnockens 24 definiert die sogenannte Ventilhubkurve, oder auch Ventilerhebung genannt, die die Position des Gaswechselventils 2 über den Drehwinkel des Schwingnockens 24 darstellt. Bei einer Drehung des Schwingnockens 24 in Richtung des Pfeils 30 drückt der Schwingnocken 24 beziehungsweise ein die Rampe 28 aufweisender Bereich der Umfangskontur auf die Rolle 21 des Rollenschlepphebels 8, wobei die Rolle auf dem Schwingnocken 24 abrollt und der Rollenschlepphebel 8 mit seinem Ende 10 auf das Gaswechselventil 2 drückt und somit dieses aus dem Ventilsitz 5 in Richtung des Pfeils 30' bewegt. Zum Zurückführen des Gaswechselventils 2 in den Ventilsitz 5 wird der Schwingnocken 24 entgegen der Richtung des Pfeils 30 bewegt, wobei der Schwingnocken 24 mit einem anderen, die Rampe 29 aufweisenden Bereich seiner Umfangskontur auf die Rolle 18 des Rollenkipphebels 12 drückt, die Rolle 18 auf der Umfangskontur des Schwingnockens 24 abrollt und das Gaswechselventil 2 durch die Kippbewegung des Rollenkipphebels 12 wieder zurück in den Ventilsitz 5 bewegt wird.
Da die Bewegung des Schwingnockens 24 eine Hin- und Herbewegung ist, die nicht Abhängig von zum Beispiel der Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine ist, kann sowohl die Bewegungs- beziehungsweise Schwinggeschwindigkeit als auch die Schwingweite beziehungsweise der Drehwinkel des Schwingnockens 24 frei eingestellt werden. Dadurch ist es möglich den Ventilhub des Gaswechselventils 2 auf einfache Art und Weise vollvariabel einzustellen. Weist die Brennkraftmaschine mehrere der Vorrichtungen 1 auf, so können diese darüber hinaus unabhängig voneinander eingestellt werden, sodass auf einfache Art und Weise besondere Motorfunktion, wie zum Beispiel eine Zylinderabschaltung oder eine interne Abgasrückführung, realisiert werden können.
Der dargestellte Ventilfederteller 7 ist hierbei lediglich beispielhaft vorgesehen, da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Ventilfeder aufgrund der Zwangsführung des Gaswechselventils 2 durch einen Öffnungshebel 11 und den Schließhebel 19 nicht notwendig ist. Anstelle des Ventilfedertellers 7 kann auch jedes anderes Element sein, an welchem der Schließhebel 12 angreifen und eine Kraft auf das Gaswechselventil 2 übertragen kann. Alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel könnte auch statt der Zwangsführung ein Tassenstößel, bevorzugt mit einem integrierten Ventilspielausgleicher, in Kombination mit einer Ventilfeder vorgesehen sein.
Der Schwingnocken 24 weist in einem Abschnitt der Umfangskontur an der Seite mit dem kleineren Grundkreisradius 26 eine Aussparung 31 auf, in die ein Vorsprung 32 des Schwingantriebs 25 eingreift, wobei der Vorsprung 32 schmaler ausgebildet ist als die Aussparung 31 und dichtend auf einer Bodenfläche 33 der Aussparung 31 aufliegt. Der Vorsprung 32 und die Aussparung 31 begrenzen dabei den Drehwinkelbereich des Schwingnockens 24. Der Schwingantrieb 25 kann als hydraulischer, elektromagnetischer, Piezoelektrischer und/oder mechanischer Schwingantrieb ausgebildet sein, wobei in den 2 und 5 Ausführungsbeispiele für einen hydraulischen Schwingantrieb dargestellt sind. Diese sollen in Folgendem näher erläutert werden.
Die 2 zeigt einen Ausschnitt der bekannten Vorrichtung 1 aus der 1, wobei die Bezugszeichen aus der 1 beibehalten wurden, mit einem Schwingantrieb 25, der als hydraulischer Schwingantrieb 34 ausgebildet ist. Der Schwingantrieb 34 weist einen Hochdruckspeicher 35 sowie einen Niederdruckspeicher 36 für eine Hydraulikflüssigkeit, wie zum Beispiel ein Öl, auf, wobei diese in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Federspeicher ausgebildet sind. Alternativ können sie beispielsweise auch als Pneumatikspeicher ausgeführt werden. Der Hochdruckspeicher 35 ist an ein Hochdruck-Rail 37, eine gemeinsame Hochdruckleitung, angeschlossen, welches zu einem ersten Hochdruckventil 38 und zu einem zweiten Hochdruckventil 39 führt. Von dem Hochdruckventil 38 führt eine Leitung 40 zu einem ersten Niederdruckventil 41. Von dem Hochdruckventil 39 führt eine Leitung 42 zu einem zweiten Niederdruckventil 43. Beide Niederdruckventile 41 und 43 sind an ein Niederdruck-Rail 44, eine gemeinsame Niederdruckleitung, angeschlossen, an welchem ebenfalls der Niederdruckspeicher 36 angeschlossen ist.
Von der Leitung 40 zweigt eine weitere Leitung 45 ab, die zu einer ersten Hydraulikkammer 26 führt, die von der Aussparung 31 des Schwingnockens 24 und in dem Vorsprung 32 des Schwingantriebs 25 beziehungsweise 34 gebildet wird. Von der Leitung 42 zweigt eine weitere Leitung 47 ab, die zu einer zweiten Hydraulikkammer 48 führt, die von der Aussparung 31 des Schwingnockens 24 und dem Vorsprung 32 des Schwingantriebs 25 beziehungsweise 34 gebildet wird. Der Vorsprung 32 trennt somit die Hydraulikkammern 46 und 48 voneinander, wobei er dichtend auf der Bodenfläche 33 der Aussparung 31 des Schwingnockens 24 aufliegt. Der Schwingnocken 24 wird zumindest bereichsweise von einem Gehäuse 49, welches wesentliche Bestandteile des hydraulischen Schwingantriebs 34 umschließt, aufgenommen, sodass die Hydraulikkammern 46 und 48 zur äußeren Umgebung des Gehäuses 49 hin abgedichtet sind und in den Hyd raulikkammern 46 und 48 ein Druck aufgebaut werden kann. Von dem Niederdruck-Rail 44 führt eine weitere Leitung 50 zu der den Schwingnocken 24 aufnehmenden Aufnahme des Gehäuses 49, wobei die Leitung 50 sowohl als Sicherheitsventil dienen kann, als auch, für den Fall dass das Hydraulikmittel schmierende Eigenschaften hat, als Schmiermittelzuführleitung, sodass eine Reibung zwischen den Schwingnocken 24 und dem Gehäuse 49 minimiert wird. Das Hochdruckventil 38 und das Niederdruckventil 43 werden von einem ersten Aktuator 51, der vorteilhafterweise gestuft einstellbar ist, betätigt. Das Hochdruckventil 39 und das Niederdruckventil 41 werden von einem zweiten Aktuator 52, der vorteilhafterweise ebenfalls gestuft einstellbar ist, betätigt.
Zum Erzeugen einer Ventilhubkurve 53, wie sie in der 3 dargestellt ist, werden die Hochdruckventile 38 und 39, sowie die Niederdruckventile 41 und 43 in der in 4 dargestellten Schaltfolge geschaltet. Die Ventilhubkurve 53 in der 3 ist als Ventilhub 54 des Gaswechselventils 2 über einer Zeitachse 55 dargestellt. Die Ventilhubkurve ist im Wesentlichen in 6 Phasen unterteilt. In der ersten Phase befindet sich das Gaswechselventil geschlossen in Ruheposition. In der folgenden Phase I wird das Gaswechselventil 2 geöffnet und beschleunigt. In der folgenden Phase II wird das Ventil weiter geöffnet aber verzögert, so dass es in der folgenden Haltephase in einer geöffneten Stellung gehalten wird. Zum Schließen des Gaswechselventils 2 wird es zunächst in einer Phase III in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt und anschließen in einer Phase IV derart verzögert, dass das Gaswechselventil 2 nicht hart auf den Ventilsitz 5 aufschlägt.
Die 4 zeigt eine Schaltfolge 56 für das erste Hochdruckventil 38, eine Schaltfolge 57 für das zweite Niederdruckventil 43, eine Schaltfolge 58 für das zweite Hochdruckventil 39 und eine Schaltfolge 59 für das erste Niederdruckventil 41, wobei jeweils zwei Linien dargestellt sind, von denen die obere das geöffnete Ventil und die untere dasselbe Ventil geschlossen darstellt. Werden, wie in der 4 dargestellt, zunächst das erste Hochdruckventil 38 sowie das zweite Niederdruckventil 43 geöffnet, so entsteht in der Hydraulikkammer 46 ein höherer Druck als in der Hydraulikkammer 48, wodurch der Schwingnocken 24 in Richtung des Pfeils 30 beschleunigt wird. Dies entspricht der Phase I der Ventilhubkurve 53. Anschließend werden gemäß den Schaltfolgen der 4 das Hochdruckventil 38 und das Niederdruckventil 43 geschlossen und das Hochdruckventil 39 und das Niederdruckventil 41 geöffnet, so dass der sich in Richtung des Pfeils 30 bewegende Schwingnocken 24 verzögert wird. Dies entspricht der Phase II der Ventilhubkurve 53. Mit Erreichen eines bestimmten Ventilhubs werden die Ventile 39 und 41 ebenfalls geschlossen, so dass das Gaswechselventil 2 in seiner Stellung gehalten wird.
Durch das Verzögern in der Phase II wird ein „sanftes” Abbremsen des Schwingnockens 24 beziehungsweise des Gaswechselventils 2 realisiert.
Zum Schließen des Gaswechselventils 2 werden, wie in den Schaltfolgen der 4 dargestellt, die Ventile 39 und 41 geöffnet, um den Druck in der Hydraulikkammer 48 gegenüber dem in der Hydraulikkammer 46 zu erhöhen, so dass der Schwingnocken 24 entgegen der Richtung des Pfeils 30 beschleunigt wird und somit das Gaswechselventil in Schließposition bewegt wird. Dies entspricht der Phase III der Ventilhubkurve 53. Damit das Gaswechselventil 2 nicht hart auf den Ventilsitz 5 aufschlägt, wird in der Phase IV der Ventilhubkurve 53 der Schwingnocken 24 beziehungsweise das Gaswechselventil 2 verzögert, wozu die Ventile 39 und 41 geschlossen und die Ventile 38 und 43 geöffnet werden. So kann das Gaswechselventil 2 hydraulisch gedämpft in seinem Ventilsitz 5 gebracht werden.
Wird der Schwingnocken 24 in der Phase IV weiter entgegen der Richtung des Pfeils 30 bewegt, so entsteht zwischen der Hydraulikkammer 48 und dem Niederdruck-Rail 44 über die Leitung 50 ein hydraulischer Kurzschluss, über den der Druck aus der Kammer 48 entweichen kann.
Vorteilhafterweise sind die Niederdruckleitung beziehungsweise das Niederdruck-Rail 44 und/oder die Hochdruckleitung beziehungsweise das Hochdruck-Rail 37 an mehrere Schwingantriebe 34 angeschlossen, die jeweils mindestens einen Schwingnocken bewegen. Die Ventile 38, 39, 41 und 43 sind vorteilhafterweise als Sitz- oder Schieberventile ausgebildet, die elektromagnetisch oder piezoelektrisch betätigt werden. Zweckmäßigerweise werden sie von einem Steuergerät der Brennkraftmaschine angesteuert.
Die 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für einen hydraulischen Schwingantrieb 60 zum Betätigen des Schwingnockens 24. Der hydraulische Schwingantrieb 60 entspricht im Wesentlichen dem Schwingantrieb 34 aus der 2, so dass hier nur auf Unterschiede eingegangen werden soll. Der Unterschied des Schwingantriebs 60 zu dem Schwingantrieb 34 besteht im Wesentlichen in einem räumlich veränderten Aufbau und darin, dass die Ventile 38, 39, 41 und 43 jeweils von einem Aktuator 61, 62, 63 und 64 betätigt werden, wodurch die neue räumliche Anordnung möglich ist. Die Schaltfolge der Ventile 38, 39, 41 und 43 entspricht dabei den in der 4 dargestellten Schaltfolgen.
Vorteilhafterweise sind die Schaltfolgen in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder einem Fahrerwunsch veränderbar, so dass die Schwinggeschwindigkeit, zum Beispiel durch die gestuft ausgebildeten Aktuatoren, und/oder die Schwingweite einstellbar sind. Beispielsweise werden im Leerlaufbetrieb die Ventile 38, 39, 41 und 43 vorteilhafterweise derart geschaltet, dass sich das Gaswechselventil 2 nur wenig oder sogar gar nicht öffnet, so dass eine Zylinderabschaltung realisiert wird. Im Volllastbetrieb beziehungsweise bei einem hohen, von einem Fahrer angeforderten Antriebsdrehmoment, hingegen werden die Ventile vorteilhafterweise so geschaltet, dass das Gaswechselventil 2 möglichst schnell und möglichst weit geöffnet und möglichst schnell und spät wieder geschlossen wird. Im Teillastbetrieb wird vorteilhafterweise die Schwingweite verringert, so dass das Gaswechselventil 2 nur ein Stück weit öffnet. Mit der Erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind beliebige, dem Fachmann bekannte Ventilhubkurven einstellbar. Auch ein Mehrfachöffnen eines Gaswechselventils 2 während eines Kolbenhubs ist denkbar. Insgesamt erlaubt die hier dargestellte vorteilhafte Vorrichtung und das vorteilhafte Verfahren auf einfache Art und Weise eine vollvariable Gaswechselventil-Einstellung beziehungsweise einen vollvariablen Ventiltrieb.

1: Vorrichtung
2: Gaswechselventil
3: Ventilfeder
4: Ventilsitzfläche
5: Ventilsitz
6: Ende
7: Ventilfederteller
8: Rollenschlepphebel
9: Hydraulisches Ventilspielausgleichselement
10: Ende
11: Öffnungshebel
12: Rollenkipphebel
13: Drehachse
14: Ende
15: Unterseite
16: Ende
17: Drehachse
18: Rolle
19: Schließhebel
20: Drehachse
21: Rolle
22: Nocken
23: Drehachse
24: Schwingnocken
25: Schwingantrieb
26: Grundkreisradius
27: Grundkreisradius
28: Rampe
29: Rampe
30: Pfeil
31: Aussparung
32: Vorsprung
33: Bodenfläche
34: Hydraulischer Schwingantrieb
35: Hochdruckspeicher
36: Niederdruckspeicher
37: Hochdruck-Rail
38: Hochdruckventil
39: Hochdruckventil
40: Leitung
41: Niederdruckventil
42: Leitung
43: Niederdruckventil
44: Niederdruck-Rail
45: Leitung
46: Hydraulikkammer
47: Leitung
48: Hydraulikkammer
49: Gehäuse
50: Leitung
51: Aktuator
52: Aktuator
53: Ventilhubkurve
54: Ventilhub
55: Zeitachse
56: Schaltfolge
57: Schaltfolge
58: Schaltfolge
59: Schaltfolge
60: Hydraulischer Schwingantrieb
61: Aktuator
62: Aktuator
63: Aktuator
64: Aktuator

Claims

Vorrichtung zum Betätigen mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem sich bewegenden, das Gaswechselventil direkt oder indirekt beaufschlagenden Nocken, wobei der Nocken (22) ein von einem Schwingantrieb (25) entlang einer Hin- und Herbewegung bewegter Schwingnocken (24) ist und wobei zur Zwangssteuerung des Gaswechselventils (2) ein Bereich der Umfangskontur des Schwingnockens (24) das Gaswechselventil (2) öffnet und ein anderer Bereich der Umfangskontur das Gaswechselventil (2) schließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingantrieb (25) ein hydraulischer, elektromagnetischer, piezoelektrischer und/oder mechanischer Schwingantrieb (25) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt der Umfangskontur des Schwingnockens (24) einen Teil des hydraulischen Schwingantriebs (25) bildet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingweite und/oder die Schwinggeschwindigkeit des Schwingnockens (24) in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder einem Fahrerwunsch einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen vom Schwingnocken (24) betätigbaren, auf das Gaswechselventil (2) wirkenden Öffnungshebel (11).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen vom Schwingnocken (24) betätigbaren, auf das Gaswechselventil (2) wirkenden Schließhebel (19).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaswechselventil (2) ein Einlass- und/oder Auslassventil der Brennkraftmaschine ist.
Verfahren zum Betätigen mindestens eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem sich bewegenden, das Gaswechselventil direkt oder indirekt beaufschlagenden Nocken, wobei der Nocken entlang einer Hin- und Herbewegung als Schwingnocken bewegt wird und wobei zum Zwangssteuern des Gaswechselventils mit einem Bereich der Umfangskontur des Schwingnockens das Gaswechselventil geöffnet und mit einem anderen Bereich der Umfangskontur das Gaswechselventil geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingnocken hydraulisch, elektromagnetisch, piezoelektrisch oder mechanisch bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingweite und/oder die Schwinggeschwindigkeit des Schwingnockens in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder einem Fahrerwunsch eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsdauer, der Ventilhub und/oder die Phasenlage des Gaswechselventils, insbesondere zu Arbeitstakten der Brennkraftmaschine, kontinuierlich verändert wird.